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热处理淬火新方式:气淬法


热处理通常采用油或水溶性淬火液进行淬火。气淬法,原先只应用于高淬透性钢,但近10年来,也开始应用到中、低淬透性钢的淬火中。采用高压气体或者高流速气体淬火扩大了气淬应用领域,同时减少了变形。为了达到工件变形最小的目的,应当采取可调整局部淬冷速率并能模拟工件形状的一些淬火方法。气淬和喷雾淬火可能满足这些要求。因此,气淬法正在引起人们的重视。

淬火决定了热处理工件的最终显微组织和性能。一方面,要获得理想的显微组织(一般为马氏体) ,淬火冷却速度必须足够的高。另一方面,为了减小变形,冷速应该尽可能慢,整个工件截面上冷速应尽量均匀。通常,一种液体介质的冷却速度在淬火过程中是不能调整的,它有固定的特性。尤其当变形敏感的工件淬火时,用油或水溶性介质淬火不容易实现淬冷速率的控制。

气体作为淬火介质,在通常条件下其热传导系数比油和水基介质都小,但是它能够根据工件形状和材料的特殊要求调整淬火过程,并且可通过提高气体流速和压力使其热传导系数达到油或水基介质的水平。通常认为气淬会增加成本,因而限制了其普及应用。但是,从总体成本核算来评价气淬工艺,虽然气体淬火本身的成本较高,但可以通过降低清洗费用、提高气淬过程重现性,以及减少后续加工的磨削和减少淬硬层深度等优越性来得到补偿。

提高气淬时冷却能力可以有不同的方法:增加气淬压力; 增加气体流速; 选择不同气体类型(如氮气、氦气、氢气);优化流动状态,增加气流搅拌等。高压气淬时,气体的类型和压力是可以选择的,气流速度与炉子结构和装炉量有关。当工件放置在炉内高流速的位置(如气体入口处) 时,就可获得高热传导。如果工件正对着气流方向,流速最大,那么传热就可能最大。当装炉结构和影响参数固定时,气淬结果可以重复。通过合理设计能提高冷却的均匀性,目前已经解决了诸如气体反向流动垂直和水平通过装炉件的问题,使得冷却尽可能的均匀。还有一种方法,即可以绕着炉膛径向安装多个喷嘴,在冷却室和炉膛内形成涡流场,以增加气流搅拌程度。通过提高流速和搅拌程度,而不是通过增加压力,来增大淬火烈度,这就是喷嘴场气淬的基础。在可调的喷嘴场中,通过给定气流入口对复杂工件进行均匀的冷却。这种工艺可以实现局部不同的冷却速率,最终使残留应力降至最小。将工件旋转或喷嘴旋转则可进一步改善冷却均匀性,尤其是对称工件淬火时更具优点。采用专用冷却室可以提高淬火烈度,这种冷却室尺寸可以根据装炉量调整,尤其在较高淬火压力下,气体损耗很低。目前,采用冷却室技术的多室炉,单层装炉量已达100kg。

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